I ricercatori hanno creato cristalli temporali fotonici che operano a frequenze di microonde e hanno dimostrato che i cristalli possono amplificare le onde elettromagnetiche.
I ricercatori hanno sviluppato un modo per creare cristalli temporali fotonici, mostrando che questi materiali bizzarri e artificiali amplificano la luce che li illumina. Questi risultati potrebbero portare a comunicazioni wireless più efficienti e robuste ea laser significativamente migliorati.
Interfaccia e luce variabili nel tempo, cristallo fotonico – interpretazione artistica. Credito immagine: Viktar Asadchy, Università di Aalto
I cristalli temporali sono stati concepiti per la prima volta dal premio Nobel Frank Wilczek nel 2012. Mentre i cristalli naturali convenzionali hanno uno schema strutturale che si ripete nello spazio, in un cristallo temporale lo schema si ripete invece nel tempo.
Anche se alcuni fisici inizialmente erano scettici sulla possibile esistenza dei cristalli temporali, recenti esperimenti sono riusciti a crearli. L’anno scorso, i ricercatori del laboratorio a bassa temperatura dell’Università di Aalto creato cristalli temporali accoppiati che potrebbe essere utile per i dispositivi quantistici.
Ora, un altro team ha realizzato cristalli temporali fotonici, che sono analoghi temporali dei materiali ottici convenzionali. I ricercatori hanno creato cristalli temporali fotonici che operano alle frequenze delle microonde e hanno dimostrato che possono amplificare le onde elettromagnetiche.
Questa capacità ha potenziali applicazioni in varie tecnologie, tra cui la comunicazione wireless, i circuiti integrati e i laser.
Finora, la ricerca sui cristalli temporali fotonici si è concentrata sui materiali sfusi, ovvero sulle strutture tridimensionali. Ciò si è rivelato estremamente impegnativo e gli esperimenti non hanno superato i sistemi modello senza applicazioni pratiche.
Ora, il team che comprende ricercatori della Aalto University, del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e della Stanford University ha provato un nuovo approccio: costruire un cristallo temporale fotonico bidimensionale.
“Abbiamo scoperto che la riduzione della dimensionalità da una struttura 3D a una struttura 2D ha reso l’implementazione notevolmente più semplice, il che ha reso possibile la realizzazione di cristalli temporali fotonici nella realtà”, afferma Xuchen Wangl’autore principale dello studio, che era uno studente di dottorato presso Aalto ed è attualmente al KIT.
Il nuovo approccio ha consentito al team di fabbricare un cristallo temporale fotonico e di verificare sperimentalmente le previsioni teoriche sul suo comportamento. “Abbiamo dimostrato per la prima volta che i cristalli temporali fotonici possono amplificare la luce incidente con un guadagno elevato”, afferma Wang.
‘In un cristallo temporale fotonico, i fotoni sono disposti secondo uno schema che si ripete nel tempo. Ciò significa che i fotoni nel cristallo sono sincronizzati e coerenti, il che può portare a un’interferenza costruttiva e all’amplificazione della luce», spiega Wang.
I cristalli temporali fotonici bidimensionali hanno una gamma di potenziali applicazioni. Amplificando le onde elettromagnetiche, potrebbero rendere i trasmettitori e i ricevitori wireless più potenti o più efficienti.
Wang sottolinea che il rivestimento di superfici con cristalli temporali fotonici 2D potrebbe anche aiutare con il decadimento del segnale, che è un problema significativo nella trasmissione wireless. I cristalli temporali fotonici potrebbero anche semplificare i progetti laser eliminando la necessità di specchi sfusi che vengono tipicamente utilizzati nelle cavità laser.
Un’altra applicazione emerge dalla scoperta che i cristalli temporali fotonici 2D non solo amplificano le onde elettromagnetiche che li colpiscono dallo spazio circostante, ma anche le onde che viaggiano lungo le superfici. Le onde superficiali vengono utilizzate per la comunicazione tra componenti elettronici nei circuiti integrati.
“Quando un’onda di superficie si propaga, subisce perdite materiali e la potenza del segnale si riduce. Con i cristalli temporali fotonici 2D integrati nel sistema, l’onda di superficie può essere amplificata e l’efficienza della comunicazione migliorata,” afferma il Professor Viktar Asadchiche ha generato l’idea dei cristalli temporali fotonici 2D.
Fonte: Università di Amsterdam
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